热源厂变电部分设计本科论文.doc

前言
电能是最方便和最清洁的终端能源，是现代人类社会对能源最主要的利用方式。大规模的电能从生产到使用要经过发电、输电、配电和用电四个环节，电力系统就是由分布在辽阔地域的发电厂、变电站、输配电线路、用电设备等组成的大型互联系统，也是最大的人造能量传送系统。电力系统的出现，使电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，出现了近代史上的第二次技术革命。现代电力系统具有规模巨大、结果复杂、运行方式多变、非线性因素众多、扰动随即型强等基本特征。由于电力系统中缺乏大容量的快速储能设备，所以电能的生产和使用在任何时刻都必须保持基本平衡。
变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。它是能变换电压的电工装置，是联系发电厂和电能用户的中间环节，同时通过变压器还可以将各电压等级的电力网联系起来。
变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分，它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。
本设计是根据《10KV及以下变电所设计规范》、《供配电系统设计规范》、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》、《工业与民用10KV以下变电所设计规范》及建设单位提供有关资料而设计。

1 概述
1.1供热供电系统的发展情况
我国是物产资源丰富的国家，煤炭储量居世界前列。全国各地大小煤矿数以千计，煤炭业已成为我国经济支柱的重要组成部分。
煤矿供电系统是煤矿的重要组成部分，在煤炭业蓬勃发展的今天，人们不仅注意出煤的质量，更加关心的是矿井的安全问题，这对煤矿的供电系统提出了更高的要求，但也相应的促进其发展。 煤矿供电系统都要考虑安全问题，努力提高安全系数。随着科学技术的发展，煤矿电器将会向着更稳定、更安全、技术经济更合理的方向发展。
1.2 供热的自然情况
阜新双益热源有限公司成立于2007年，坐落于辽宁阜新经济开发区海新街东、新开8路北，，占地面积5万平方米，资产总额3300万元，净资产2300万元。
该公司属民营股份制企业，主要承担阜开发区范围之内的居民、企事业单位冬季供热及工业生产所需蒸汽供应。企业自2007年5月开始建设，2007年11月1日正式生产供热，现已完成120万平方米供热面积的80%的管网覆盖及供热所需设备，已实现供热面积18.6万平方米。预计随着阜新经济开发区发展，五年内将实现供热面积120万平方米。
2009年，该企业将实施蒸汽配套工程，五年内预计实现供热面积120万平方米，工业蒸汽30T/n，年产值达7400万元。
1.3电源及电压
开发区热源厂变电所的上级电源为民主开闭所，供电距离为2km，电源电压为60KV，2条LGJ-120供电线路的电源取自开闭所的不同母线，变电所入口处基准容量为100MVA，基准电压为平均电压时，系统阻抗为：最大运行方式X*max=0.20，最小运行方式为X*min=0.35。60 KV侧主接线为全桥式，6 KV侧主接线为单母线分段式。全矿采用的电压等级分别为1140V、660V、380V、220V和127V。
1.4 变电所位置的选择
开发区热源厂变电所的主要大型设备分布在工业广场，因而工业广场位于负荷中心，所以变电所选择在工业广场东北角，该点临近公路，交通运输方便，且电源进出线方便，地质条件较好，地势较高，适合于变电所建设。
2 用电负荷计算及主变压器的选择
2.1 用电负荷的计算
求计算负荷的过程叫做负荷计算。负荷计算是根据已知的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。它的大小是确定变电所的供电系统结线形式、选择变压器容量、导线截面及仪表量程的依据，同时也是综合继电保护整定的重要数据。
负荷统计的方法有很多，如：需用系数法、利用系数法、形状系数法和附加系数法。本设计采用需用系数法。需要系数即是实际负荷与额定总容量的比值。由于计算方法相同，所以本设计以给水泵电动机的计算负荷为例进行计算，其它负荷计算过程省略。
2.1.1 给水泵电动机的负荷计算
已知：给水泵异步电动机，电机容量是Pe=560kw，查《供配电设计手册》用电设备的需用系数及功率因数 表2-4-1，取需要系数Kd=0.5，，得tgφ=0.7， （2-1） 有功计算负荷 Pc = KdPe =0.5*560(KW) =280(KW)
(2- 2) 无功计算负荷 Qc =PctgΦ=280*0.7=196kva
(2-3) 视在计算负荷 Sc =√Pc2 + Qc2 = √2802 +1962 =342kva
其中sc为设备最大连续负荷。
2.1.2 其他用电设备计算
1、 白炽灯和碘钨灯对称接入三相电路时的设备容量Pe。等于全部灯泡上标出的额定功率(KW)
即： Pc =∑Pe ∑Pe-----用电设备组之和
例： 厂区照明
PC =10KW
2、 荧光灯因有镇流器损失，对称接入三相电路的荧灯，其设备容量Pe为全部灯管额定功率的1.2倍（KW）
即： Pc =1.2∑Pe ∑Pe-----用电设备组之和
例： PC =1.2*62.5 = 75KW
3、 采用镇流器的高压银荧光灯和金属卤化物灯等也要计及整流器损失，对称接入三相电路时，其设备容量Pe为全部灯泡额定功率的1.1倍（KW）
即： Pc =1.1∑Pe
例： 车间照明
Pc =1.1*1.36 =15KW
2.1.3 开发区热源厂变电所负荷统计
全供热变电所负荷统计是在现场采集的基础上经指导老师同意后调整，利用给水泵电机负荷的计算方法分别计算得出的，统计结果详见表2-1。
由于存在一台设备的额定容量往往大于其实际负荷；一组设备中各个负荷的cosφ值不同，一般不同时工作；最大负荷一般不同时出现等情况，要精确的计算变电所的负荷是困难的。所以，计算总负荷时，将各用电设备组计算负荷之和乘以组间最大负荷同时系数Ktmax。即：
（2-4）
其中Ktmax表示最大负荷同时系数。
由于总负荷大于1000kw，查《供配电设计手册》用电设备的需用系数及功率因数 表2-4-1，取需要系数得：Ktmax=0.7
开发区热源厂总有功负荷：
Pc∑ = KtmaxPc=0.7*1116= 780(KW)
表2-1负荷统计表
序
号

用户名称
设备容量
需用
系数
功率
因数
最大连续负荷
安装（kw）
工作（kw）
有功（kw）
无功（kva）
视在（kva）
一
主要用电设备

1
给水泵电动机
560
560
0.5
-0.94
280
196
342
2
一号锅炉电动机
408
408
0.5
-0.85
204
142
248
3
二号锅炉电动机
408
408
0.5
-0.69
204
142
248
4
一号炉风机
196
196
0.5
-0.7
98
68.6
119
5
二号炉风机
196
196
0.5
-0.7
98
68.8
119
6
办公用电
62.5
62.5
1.2
-0.55
75
36
83
7
车间照明
13.6
13.6
1.1
0.6
15
22.5
27
8
厂区照明
10
10
1
1
10
10
10
9
所用电
8
8
1
1
8
8
8
10
其他用电备用
124
124
1
1
124
124
124

总记

1116
818
1328

开发区热源厂总无功负荷：
QC∑=QCKtamx=818*0.7=570kva
（2-6）
开发区热源厂总视在功率：
Sc∑=√PC∑+Qc∑=√7802+5702=966kva
（2-7）
开发区热源厂自然功率因数：
COS∮=PC/SC=780/966=0.8
（2-8）
2.2 主变压器的选择
2.2.1 无功功率的补偿
企业生产用电设备多为感性负荷，除由电源取用有功功率之外，还有大量无功功率由电源到负荷往返交换，导致功率因数降低，从而造成下述不利影响。
1、 引起线路电流增大，使供配电设备的容量不能充分利用，降低了供电能力。
2、 电流增大，使设备和线路的功率损耗和电能损耗急剧增加（参考表2-2-1-1）。
3、 线路电压损失增大，影响负荷端的电压质量。
4、 对发电机而言，无功电流增大，使电机的去磁效应增加，端电压降低，使发电机达不到预定出力。
综上所述，无功功率对电源及企业内部供配电系统都有不良影响。从节约电能、改善配电设备利用情况和提高电能质量等方面考虑，都必须设法减少负荷无功功率带来的不利影响，为此需要安装无功功率补偿设备。无功补偿后的效果常用补偿前后的功率因数来体现，所以，功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标。因此，《全国供用电规则》明确规定：“用电利率（功率因数）低于0.70时，电业局不予供电。新建及扩建的电力用户其用电力率一律不应低于0.90.”（目前要求：0.90-0.95）。
企业的自然功率因数值，通常小于电力部的规定，为此，应设法提高到0.9以上。
我国有关电力设计规定的“功率因数不能低于0.90”，就是指的最大负荷时的功率因数，因此，供电设计时考虑无功功率补偿时，就应按最大负荷时的功率因数来计算。

不同COS∮时的损耗百分比 表2-2-1-1
COS∮
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
变压器铜柱与线路损耗
100
123
156
204
278
400
625
1110

开发区热源厂自然功率因数按要求应达到0.9以上[1]，由式（2-8）可知开发区热源厂自然功率因数为0.811，所以要提高功率因数。由于仅提高自然功率因数不能达到要求，所以要对无功功率进行人工补偿。提高功率因数的装置有同步补偿机和静电电容器。同步补偿机是无功功率发电机，它的最大优点是可以均匀的调节电网的电压水平，但与静电电容器相比，其单位kvar的造价高，功率损失大；容量组成不灵活；安装条件较高；运行维护也复杂，适宜在大电网中枢调压或总降压变电所中应用。而静电电容器功率损耗小，容量组成灵活，所以本设计采用的方法是在0.4KV母线侧并联装设两组静电电容器进行集中补偿。考虑到变压器的无功损耗，拟将功率因数提高到0.95，则对电容器进行如下计算：
已知热源厂的

图2-1 电容器补偿原理图
Fig . 2-1 The capacitor compensates the schematic diagram
由图2-1的电容器补偿原理图可得如下公式：
（2-9）
其中：QC为静电电容器补偿的容量，kvar；
Pc为变电所的有功功率计算负荷，kw；
带入数据得：
QC=780*(0.721-0.363)=280kva
因接于0.4KV母线上，故选NWC1-0.415型电容器，每个电容器的容量为20kvar, 额定工作电压0.4KV, 共需电容器个数：
N=QC/PC(U/Ue)2=280/780(0.4/0.38)2=48

故每相并联电容器个数为
n=N/3=48/3=16个

为保证电容器的补偿容量，同时也考虑当一相电容器故障时负荷的对称性本设计电容器的接线采用角型。所以本设计选用三角形接线方式。如图2-1所示。

图2-2 电容器接线图
Fig . 2-2 Capacitor wiring diagram
查《电工手册》，选GGD2型 静电电容器柜2台（其中一台备用）。每台柜内装有正泰NWC1—0.415 静电电容器8个，为保证其负荷的平衡，每柜每相装设8个电容器，其实际补偿容量：
Qz=NPC(U/Ue)2=16*280*(0.38/0.4)2=320kvar
（2-10）
经人工补偿后其无功功率：
Qm=QZ-QC=320-280=40kvar
（2-11）
视在功率：
Sm=√Pm2+Qm2=√7802+402=781kvar
（2-12）
功率因数：
COSΦ=Pm/Sm=780/781=0.99
（2-13）
另外还选取与电容器配套的0.4KV避雷器三只。
2.2.2 主变压器的选择
由于开发区热源厂变电所为三级供电负荷较多，因此对供电的可靠性要求较高，为保证对供电可靠性的要求，变电所的主变压器的台数确定为两台。为保证其技术经济合理，其运行采用经济运行方式。
2.2.2.1 变压器容量的选择
1） 变压器损耗的估算
其损耗计算如下公式：
（2-14）
2）加入变压器损耗后的总功率为：
P’m=Pm+Pi=1.02*780=801kvar
Q’m=Qm+Pi=1.1*40=44kvar
S’m=√P’m2+ Q’m2=825kvar

所选变压器，每台容量按下式确定：
（2-15）
其中：表示事故时负荷保证系数，一般取0.8～1；
表示考虑人工补偿和变压器损失后的功率因数。
为保证在变压器检修或故障时全厂各环节生产的连续性，本设计中取1。这样主变压器的容量为：
S11-----1000kvar
S11-----100kvar
则选取S11-----1000kvar型电力变压器作为变电所的主变压器，其参数见表2-2。
表2-2变压器参数表
型号
额定电压
额定电流A
空载电流I%
阻抗压降
短路损耗kw
空载损耗kw

联接
组别
高压
低压
高压
低压
S11---10/0.4kv
10KV
0.4kv
0.6
1500
0.543
9.04
90.5
19.15
Y/Y—11
2.2.2.2 变压器损耗计算
变压器损耗的计算以其损耗最大的方式考虑。即以最大负荷时一台变压器工作的情况进行计算，此时，负荷率为：
β=Smax/Sb=825/1000=0.82
（2-16）
有功损耗：
△Pb=△P0+β2. △Pd=15.2+0.82*50.6=432kw
（2-17）
无功损耗：
△Qb=(I0%/100+β2/Ud%/100)Sd=(0.543/100+0.822*10/100)*1000=371.6kvar
（2-18）
加入变压器损耗后，变电所总的容量为：
Pmax=Pm+△Pb=801+43.2=844.2kw

Qmax=Qm+△Qb=40+371.6=411.6kvar
Smax=√844.22+411.62=931kvar

，满足要求。
cosΦ=Pmax/Smax=844.2/931=0.906

，满足要求。

2.2.2.3 经济运行分析
变电所的两台变压器可以有单台运行和并联运行两种运行方式，变电所的负荷率在一年四季的不同生产时期的变化以及变压器的不同运行方式都会使变压器的负荷率有很大的变化，从而导致变压器的有功损耗无功损耗以及无功功率在线路上引起的附加损耗都会有所变化。因此，变压器应该根据负荷的变化情况改变其运行方式，保证其运行中的综合损耗最小，即为经济运行方式。变压器的损耗曲线见图2-2。
由于所选两台变压器的参数相同，其单台工作时的损耗曲线重叠，因此，图中单台工作的变压器损耗曲线只画一条。图中出现不同运行方式，变压器损耗不同的原因是：不同运行方式时，变压器的负荷率不同。而变压器的损耗与负荷率有关。
由图可知，当SS1时，变压器并联运行的损耗功率比单台运行时小。其临界负荷容量S1按下式确定：
（2-19）

图2-3变压器损耗曲线
Fig . 2-3 Transformer’s loss curve
其中： —— 投入运行的变压器的台数，本设计中n=1，即n+1=2；
Sb —— 变压器的额定容量；
Kw —— 无功功率经济当量；
——变压器综合空载损耗；
——变压器综合短路损耗。
无功功率经济当量，是指供电系统中每增加1kvar，无功损耗相当于供电系统中有功损耗增加的千瓦数。变压器离供给无功功率的电源越远，则Kw越大。通常Kw=0.06—0.1kw/kvar。由于开发区热源厂变电所距发电厂较近，故取Kw=0.07kw/kvar，则有：
变压器无功空载损耗：
△Q0=I0%/100*Sb=0.54/100*1000=54kvar
（2-20）
变压器无功负载损耗：
△Qd=Ud%/100*Sb=10/100*1000=100kvar
（2-21）

3 变电所的主结线图
表示电气设备的元件与其相互间联结顺序的图称为接结线图。而主结线图是表示电能由电源分配至用户的主要电路的结线图。变电所的主结线应该根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质的等条件确定，并应满足下列要求：
1. 安全 包括设备安全和人身安全。
2. 可靠 接线要满足不同类型负荷的不中断供电要求。
3. 灵活 利用最少的切换能适应不同的运行方式。
4. 经济 在满足以上要求的条件下使设计投资最少。
如能满足上述要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的结线，如线路变压器组或桥型结线等。还要考虑未来的发展情况，如有扩建或改造的需要，在布置上应为过渡到最终结线准备条件。
3.1 结线形式
变电所主结线与电源电路、电压和负荷的大小、级别、以及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所得主结线有很多形式。主要的形式有：线路—变压器组结线，桥式结线，但母线分段式，和双母线式。
当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，采用线路—变压器组结线比较适宜。其优点是结线简单，使用的设备少，基建投资省。缺点是供电可靠性低，发生故障或检修时，全部符合都将停止供电。
桥式结线广泛应用于，有两回电源线路受电和装设两台变压器的变电所中。
单母线分段式，多应用于有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所的受配电母线以及桥式结线变电所主变压器二次的配电母线。当某回受电线路或变压器因故障及检修停止运行时，可通过母线分段断路器的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电。其不足之处是当其中任何一端目下需要检修或发生故障时，接于该段母线的全部进、出线均停止运行。但它相对于双母线式有所用设备少，系统简单、经济，操作安全的优点。
双母线式是变电所每回进、出线通过隔离开关可以接在任何一段母线上，两母线之间用断路器联络。因此不论那一段电源与母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠性高，运行灵活。缺点是设备投资多，接线复杂，操作安全性较差。这种结线主要用于大容量，符合要求可靠性高，进出线回路多的重要变电所。
开发区热源厂变电所高压及低压供电系统的配电方式基本采用放射式系统。
高压系统接线方式： 单电源供电两台变压器分别运行
低压系统接线方式： 两台不同容量的变压器供电电源
按季节分别运行、非主用生产用电可用手动双投道闸投切，适合经济运行。

3.2 变电所的主结线
3.2.1 10千伏侧的结线
由于开发区热源厂是一条电源进线，经过比较，本设计中变电所主结线采用一路10KV电源作为主电源接线，0.4KV侧可用桥型结线。

其优缺点对比如下表3-1所示：
表3-1 桥式结线对比表
名称
优点
缺点
全桥
适应性强，操作方便，运行灵活，并已发展成单母线分段的中间变电所。
设备多，投资大，占地面积大。
内桥
倒换线路时操作方便。设备投资与占地面积均比全桥少。
操作变压器和扩建成全桥不如外桥形式方便。适应于线路进线长，故障多，变压器倒换少的变电所。
外桥
变压器切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易过渡到全桥接线，且投资与占地面积少。
倒换线路时，操作不方便。适应于母线短，倒换线路少的终端变电所。

由于开发区热源厂变电所离上级电源仅两千米，供电可靠性高，故可不经常倒换电源，所以，10千伏侧结线形式选为单电源进线。
3.2.2 0.4千伏侧的结线
由于0.4千伏侧所带负荷较多，且为保证一类负荷供电的可靠性，要求一类负荷的供电线路至少设置两回线路，且要求两回线路的电源应来自不同变电所或同一变电所的不同母线上，而母线分段式结线能满足上述要求，且系统简单，因此，0.4千伏侧采用单母线分段式。

4 短路电流的计算
4.1计算短路电流的意义目的及短路点的选取
4.1.1 计算短路电流的意义
所谓短路就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接。在供电系统中，出现次数比较多的严重故障是短路故障。产生短路的主要原因是由于电气设备载流部分绝缘损坏，操作人员的误操作或自然现象也能引起短路。发生断路时，由于系统总阻抗大大减少，因而短路电流能达到很大的数值（十几安至十几万安）。这样大的电流所产生的热量和电动力，会使电气设备受到破坏，同时短路点的电压降到零。短路点附近的电压也相应的显著降低，使这些地方的供电质量受到影响，甚至被迫中断，引起严重后果。
为了限制短路时所造成的危害和故障范围的扩大，需要进行短路电流的计算及采取相应的措施，以保证系统在正常或故障情况下都可做到安全可靠。
4.1.2 计算短路电流的目的
1）作为校验电气设备的依据，以确定所选的设备在发生短路故障时，能否正常工作。
2）准确选择和校验限制电路电流所需要的设备，以确保电气设备不被短路电流损坏。
3）确定选择和校验继电保护装置所需要的各项参数。
4）根据故障的实际情况，进行分析，找出故障原因。
4.1.3 短路点的选取
短路电流值是校验电气设备及计算继电保护装置整定值的主要依据，也是校验保护装置灵敏度的重要参数。所以，适当的选择短路点是很重要的。由于需要计算的短路电很多，为了计算简单，在短路计中，短路计算点不宜选得过多，合理地选择几个典型的短路点进行计算即可。本设计确定七个短路点，如图4-1所示。

图 4-1短路点示意图
Fig. 4-1 Short-circuits point the schematic drawing
第一个短路点选在10kv母线上；第二个短路点选在0.4kv母线上；第三个短路点选在给水泵电动机末端；第四个短路点选在锅炉电动机末端；第五个短路点选在锅炉风机末端。
4.2 导线截面的选择
为了做到供电上的安全可靠、经济和技术合理，导线截面应按以下原则选择。
1）按经济电流密度初选导线截面
2）按电压损失选择导线截面
3）按长时允许电流选择导线截面
4）架空线路按机械强度来选择；电缆线路按最小热稳定截面来选择电缆截面。
4.2.1 按经济电流密度选择导线截面
为了供电的经济性，导线截面应按经济电流密度进行初选，
（4-1）
1) 给水泵 I1=570A

2)锅炉电动机 I2=387A

3）锅炉风机 I3=165A

根据年利用小时为3000~5000h查表得铝绞线的经济电流密度为Jj=1.15A/mm2；铜芯电缆Jj=2.25A/mm2。由于主电机的年利用小时在5000h以上，Jj=0.9A/mm2。
选用截面为的铜芯电缆。
S1=I1/Jj=570/225=235mm2
S2=I2/Jj=387/2.25=172mm2
S3=I3/Jj=165/2.25=69.5mm2
1) 给水泵 I1=570A 选用截面3*240+1*150mm2铜芯电缆
2) 锅炉电动机 I1=387A 选用截面3*185+1*120mm2铜芯电缆
3) 锅炉风机 I1=165A 选用截面3*70+1*50mm2铜芯电缆

4.2.2 按电压损失验算电阻和电抗
4.2.2.1 电阻及电抗的标幺值
取基准容量Sj=100mva
（4-8）

4.2.2.3 电压损失计算
线路电压损失按下式计算：
（4-9）
电压损失百分数按下式计算：
（4-10）

经计算，所有供电线路的电压损失都在6%以内，电压损失均满足要求。
4.2.3 按长时允许电流验算各段导线截面
查《配电供电》表5-10可知：，
3×240mm2的铜芯电缆长时允许电流为3×285A=855A，给水泵电机电缆的负荷电流570A。

经验算，按经济电流密度初选截面，符合长时允许电流的要求。所以，所选导线符合长时允许电流的要求。
4.2.4 按机械强度及最小热稳定截面校验
1）电缆最小热稳定截面的校验
电缆最小热稳定截面的校验公式为：
（4-11）
其中，表示线路末端最大三相短路电流；
表示短路假象时间。在无限大容量系统中，取短路电流持续时间。
C表示导线热稳定系数。铜取175，铝取97。
电缆选用铜芯电缆，其最小热稳定截面:

69.13mm2<120 mm2
符合要求。
锅炉电机选用铜芯电缆

77.58 mm2>50 mm2
不符合要求。经比较计算，改选为95mm2的铜芯电缆。
锅炉电机选用铜芯电缆

79.26 mm2>70mm2
不符合要求。经比较计算，改选为95mm2的铝芯电缆。
经计算，架空线的机械强度和电缆的最小热稳定截面均符合要求。选定线路参数见表4-1。表中已考虑备用量。
表4-1 线路参数表
名称
型号
长度km
数量
给水泵电机电缆
VV22-3*240+1*150
1.1
2
锅炉电机电缆
VV22-3*185+1*120
0.27
2
锅炉风机电缆
VV22-3*70+1*50
0.70
6

4.3 短路电流的计算
在三相供电系统中，可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。第一种称为对称短路，后三种通称为不对称短路。就上述几种短路故障而言，出现单相短路故障的机率最大，三相短路故障的机率最小。但在配电系统中，三相短路的后果最严重，因而以此验算电气设备的能力。
短路电流计算是为了对电器设备进行选型和校验。为计算简单，本设计将采用相对值法，即标幺值法。
取基准容量为：Sj=100MVA；基准电压可取线路平均电压，60KV侧为63KV，6KV侧为6.3KV；则基准电流为Ij1=0.916KA，Ij2=9.16KA。
1）电源电抗阻抗

2）变压器电抗
（4-12）
3）输电线路电抗
（4-13）
架空线

3-10kv电缆，可取x0=0.08Ω/km，
则：

其它值在4.2.3.2中已经计算过。
4）短路电流的计算
（4-14）

（4-15

（4-16）

（4-17）

（4-18）

经计算，所得值均记入表4-1中，计算过程略。
4.4 限流电抗器的选择
4.4.1 短路电流的限制
当电网中短路电流太大，造成所选电器容量过大，很不经济，有时甚至无法选择合适的电器。因此，要对某些国的地短路电流加以限制。限制短路电流的途径，就是增大回路阻抗。其方法有：一、改变电网运行方式。如将并联运行改为分类运行，提高总阻抗。二、在回路中串入限流电抗器来增加回路总阻抗。
4.4.2 电抗器的选择
若短路容量大于50MVA，则根据规定，必须加限流电抗器来限制短路电流。
4.4.2.1 计算
取基准容量为100MVA，则将短路电流限制在50MVA时，系统总阻抗为：
（4-19）

电抗器电抗为：
（4-20）
电缆的长时工作允许电流为281.1A，则电抗器的计算电抗值为：

初选用NKL—6—300—5型水泥电抗器，其电器参数见表4-2。
表 4-2 NKL—6—300—5型水泥电抗器参数表
型号
额定电流
额定电压
动稳定性
1s热稳定电流
NKL—6—300—5
300A
6KV
15300A
12650A

4.4.2.2 校验
电抗器的电抗值为：
（4-21）
1）正常工作时的电压损失
（4-22）
其中，φ为回路最大负荷时的功率因数角

，符合要求。
2）母线残压
（4-23）

，符合要求。
其中I″为最小运行方式下电抗器出口处短路时的次暂态短路电流。
其计算式为：
（4-24）

3）动稳定性校验
在电抗器出口处短路时，短路电流冲击值为：
（4-25）
，符合动稳定性要求。
4）热稳定校验
（4-26）

，符合热稳定性要求。
式中，IRW表示在tRW内的热稳定电流；
表示三相短路电流；
tRW表示热稳定时间，取1s；
tj表示短路电流作用的假想时间。在无限大容量系统中，其值取短路电流持续时间，0.7s。
4.4.2.3 加入电抗器后，入井电缆短路电流的计算
1）最大运行方式

2）最小运行方式

4.5大容量电机对短路电流的影响
本设计变电所0.4kv母线上装有四组大容量电机，D1、D2、D3和D4。D1、D2、D3分别是一号、二号、三号井绞车的同步电机，D4为压风机的异步电机，如图4-2所示。

图4-2系统中的大容量电机
Fig . 4-2 Large capacity electrical machinery in system
D1参数：P1e=560kw, =-0.85
D2参数：P2e=387kw, =0.85
D3参数：P3e=165kw, =-0.85
4.5.1 同步电机对短路电流的影响
发生短路时，由于同步电机转动惯量大，且具有励磁绕组，故其暂态电抗较大，向短路点馈送电流时间较长，对整个短路过程的短路电流均有影响。本设计只考虑对ich的影响。
在计算电路电流时，当同一点装机总容量大于1000kw时，才考虑附加电源考虑。
1）同步电机的电抗标幺值按下式计算
（4-28）
式中，Xt＂%表示同步电机次暂态电抗百分值，取Xt＂=0.2；

2）把同步电机相对值折算成计算值
（4-29）

修正的时间：
式中T＇表示附加电源时间常数平均值，取2.5s；
T表示电源时间常数值，取5s。
由于同步机与一般水轮机曲线相似，因此，其计算方法为表解法。因为本设计只考虑其对ich的影响。查表时取t=0.01s≈0，t＇=2t=0s。查得：I*dD=5.6，故电机稳态电流值计算如下：
（4-30）

4.5.2 异步电动机对短路电流的影响
电网短路时，异步电机可能向短路点反馈电流，因为短路时网路电压下降，若电机据短路点较远，其电势可能小于外加电压，电机继续从电网上